Расчет оборудования полупроводникового преобразователя с широтно-импульсной модуляцией

Номинальные параметры двигателя: РН=7,5 кВт, η=86%, cosφ=0,76.
Рассчитаем номинальный ток двигателя:
Произведем выбор транзисторов и диодов.
Для расчета согласующего устройства коэффициент мощности принимаем cosφ1=0,8. Максимальный ток через ключи инвертора определяется из выражения:
где k1 = 1,2 – 1,5 – коэффициент допустимой кратковременной перегрузки по току, необходимой для обеспечения динамики ЭП;
k2 = 1,1 – 1,2 – коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока.
По справочнику выбираем модули IGBT фирмы Toshiba третьего поколения типа СМ80DY-11H на напряжение 1000 В со следующими параметрами:
Предельные параметры
1. Максимальное напряжение коллектор – эмиттер UCES, В 1000
2. Максимальный ток коллектора IС, A 80
3. Максимальная рассеиваемая мощность PС, Вт 280
Электрические параметры
1. Типовое UCES во включенном состоянии UCE(sat), В 2,2
2. Максимальное UCES во включенном состоянии UCE(sat), В 2,3
3. Входная емкость Cies, нФ 8,5
4. Выходная емкость Coes, нФ 3,7
5. Емкость обратной связи (проходная) Cres, нФ 3,8
6. Время задержки включения td(on),нс 150
7. Время нарастания tr,нс 400
8. Время задержки выключения td(off),нс 400
9. Время спада tf, нс 440
Обратный диод
1. Прямое падение напряжения на обр. диоде транзистора Uf, B 2,9
2. Время восстановления обр. диода при выключении trr, нс 180
Тепловые и механические характеристики
1. Тепловое сопротивление корпус – охладитель Rth(c-f), 0C/Вт 0,16
2. Тепловое сопротивление переход-корпус IGBT Rth(j-c), 0C/Вт 0,3
3. Тепловое сопротивление переход-корпус диода Rth(j-c), 0C/Вт 1,1
4. Масса, г 200.
Расчет потерь в инверторе Расчет потерь в инверторе при ШИМ формировании синусоидального тока на выходе заключается в определении составляющих потерь IGBT в проводящем состоянии и при коммутации, а также потерь обратного диода.
Потери в IGBT в проводящем состоянии:
Потери IGBT при коммутации:
где tc(on), tc(pff) – продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание tc(on) и закрывание tc(pff) транзистора, с (типовое значение tc(on) = 0,3 – 0,4 мкс; tc(pff) = 0,6 – 0,7 мкс);
Uce – напряжение на коллекторе IGBT, В (коммутируемое напряжение, равное напряжению звена постоянного тока для системы АИН - ШИМ);
fsw – частота коммутаций ключей, Гц (частота ШИМ), обычно от 5000 до 15000 Гц (принимаем fsw = 104 Гц).
Суммарные потери IGBT:
Потери диода в проводящем состоянии:
Потери при восстановлении запирающих свойств диода:
Суммарные потери диода:
Результирующие потери в IGBT с обратным диодом:
Найденные результирующие потери являются основой для теплового расчета инвертора, в ходе которого определяются тип и геометрические размеры необходимого охладителя, а также проверяется тепловой режим работы кристаллов IGBT и обратного диода.
Тепловой расчет инвертора.
Максимально допустимое переходное сопротивление охладитель - окружающая среда Rth(f-a), 0C/Вт, в расчете на одну пару IGBT/FWD (транзистор/обратный диод):
Температура кристалла IGBT, определяется по формуле:
Температура кристалла обратного диода FWD
Расчет выпрямителя Выбор выпрямительного модуля Среднее выпрямленное напряжение:
Максимальное значение среднего выпрямленного тока:
Максимальный рабочий ток диода:
Максимальное обратное напряжение диода:
Диоды выбираются по постоянному рабочему току (не менее Iνm) и по классу напряжения (не менее Uνm/100).
Выбираем диодный модуль типа AM50HA-30F:
- средний прямой ток Iпр.ср., А 50
- ударный прямой ток Iпр.уд., кА 18
- повторяющийся импульс обратного напряжения Uобр.max, В до 2000
Тепловой расчет выпрямителя.
Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима работы электропривода
Максимальное допустимое переходное сопротивление охладитель – окружающая среда в расчете на выпрямитель:
Температура кристалла определяется по формуле:
Расчет параметров радиатора.
Предварительный выбор радиатора.
Для выпрямителя и на каждую фазу двигателя устанавливаем отдельный
охладитель